拟南芥光形态建成调控基因SHAL1的克隆及功能研究

高等植物光信号感受和转导是复杂而精细的过程，影响植物生长与发育的整个生命周期。对参与该过程中组分的研究可以揭示光信号通路的本质，而且有助于了解植物对环境的适应规律。我们通过筛选拟南芥突变体库，获得一个在光形态建成过程中反应异常的突变体shal1。该突变体在红光、远红光和蓝光下下胚轴都明显变短，黑暗下子叶稍张开；而且，长日照条件下开花延迟,植株较矮。遗传分析和初步定位表明，突变体表型是由位于第3染色体0.9Mb区域的单隐性基因突变引起，该区域不包含已知的相关基因，因此它是一个新的调控光形态建成的基因。本项目拟图位克隆SHAL1，分析基因表达模式和蛋白定位；通过遗传杂交分析，确定SHAL1在光形态建成和开花途径中的位置；运用酵母双杂交和基因芯片等方法鉴定与其相关的信号分子及调控基因，从而阐明SHAL1调控植物光形态建成和开花的分子和生化机理。

为了发掘光信号转导途径中新的重要组分因子，我们通过表型分析从拟南芥T-DNA突变体库中筛选获得不同表型的光形态建成突变体，其中，shal1-1被归为具有enhanced photomorphogenic (epp)表型的突变体，后续的研究将其重新命名为epp1-1。对其进行克隆后发现EPP1编码PICKE/PKL，是一个ATP酶依赖的染色质重塑因子。分析EPP1与光受体的遗传关系表明，EPP1在光信号途径中是位于光受体下游的光形态建成的重要抑制因子。EPP1的表达，尤其在下胚轴中的组织特异性表达受光抑制，且依赖于光受体。EPP1促进下胚轴伸长的分子基础在于EPP1能够直接激活细胞伸长基因的表达，而且这些基因在epp1突变体中的表达与它们的甲基化修饰水平呈正相关。进一步研究发现EPP1与光信号途径中的重要转录因子HY5/HYH在体内和体外都能相互作用，HY5/HYH共同将EPP1招募到细胞伸长基因的表达调控区域。EPP1抑制这些启动子的H3K27me3水平来负调控HY5的功能。此外，EPP1与COP1的双突变体在下胚轴伸长表型的加性效应表明，尽管COP1与EPP1都能与HY5互作，但二者采用了不同机制调控HY5的活性，即COP1将HY5降解发生在转录后水平，EPP1负调控HY5则发生在表观遗传调控水平。. 之前对光形态建成的研究集中在遗传调控层面，而对其表观遗传机制却少有研究。本课题创新点在于发现或揭示了染色质重塑因子在抑制光形态建成中具有重要作用，表明重要转录因子（HY5）招募染色质重塑因子（EPP1）到特定靶基因（细胞伸长基因）对特定发育过程（光形态建成）的表观遗传调控，是动植物应对外界环境的保守和精细的调控机制。